孫薇薇

摘 要：夾層泡沫與復(fù)合材料整體VARI成型過(guò)程中，在界面上易產(chǎn)生弱粘接以及粘接不穩(wěn)定現(xiàn)象。該文采用三種不同方法改善夾層泡沫與復(fù)合材料界面粘接性能，在夾層泡沫表面涂覆本體樹脂，采用本體樹脂制備膠膜鋪放在夾層泡沫盒復(fù)合材料之間，在夾層泡沫與復(fù)合材料之間增加一層空隙率更大的織物。結(jié)果表明，三種方法均能改善夾層結(jié)構(gòu)的界面，鋪放膠膜對(duì)界面改善效果最佳，涂敷樹脂效果相對(duì)最差。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料 泡沫夾層 真空輔助成形 界面

中圖分類號(hào)：V258 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（c）-00-02

復(fù)合材料真空輔助成型工藝（VARI）是一種新型的低成本的復(fù)合材料大型制件技術(shù)，它是在真空狀態(tài)下排除纖維增強(qiáng)體中的氣體，通過(guò)樹脂的流動(dòng)滲透，實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維及泡沫的浸漬固化。對(duì)于大尺寸、大厚度的復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)件，VARI是一種十分有效的成型方法[1-4]。

然而，對(duì)于泡沫夾芯結(jié)構(gòu)，其具有和其他夾層結(jié)構(gòu)相同的、不可避免的弱點(diǎn)，即表面夾芯區(qū)域的成型質(zhì)量問(wèn)題和面板與芯材之間的界面粘接性能。

兩者容易對(duì)泡沫夾芯結(jié)構(gòu)的性能造成很大影響，導(dǎo)致夾芯結(jié)構(gòu)的抗剪切、抗剝離、抗平壓、抗疲勞等性能較低。該文對(duì)夾芯材料的樹脂流動(dòng)性、增強(qiáng)材料的浸潤(rùn)情況及出現(xiàn)的各種內(nèi)部和外部缺陷進(jìn)行工藝探討，并提出三種界面改善方法并進(jìn)行了比較，對(duì)VARI成形泡沫夾層結(jié)構(gòu)的制造具有一定的指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1 原材料

實(shí)驗(yàn)采用的增強(qiáng)材料為Sigmatex公司的碳纖維無(wú)皺褶布（NCF），265 gsm/±45 °/T300 12k - Aero/1270 mm，泡沫芯材為Evonik公司的PMI泡沫，Rohacell 71WF-HT，樹脂為CYTEC公司的CYCOM890-RTM。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)采用VARI成形工藝制備了外觀質(zhì)量符合要求的夾層結(jié)構(gòu)平板，如圖1所示。該文采用反射法超聲掃描檢測(cè)與光學(xué)顯微鏡觀察表征泡沫與復(fù)合材料的粘接界面性能（圖1）。

1.3 泡沫與復(fù)合材料粘接性能改善方法

該文從兩方面解決界面的膠接質(zhì)量問(wèn)題，一是控制界面附近樹脂的流動(dòng)，保證樹脂能順利填充泡沫單元，二是改善界面層增強(qiáng)材料的毛細(xì)作用。具體采用三種方法如下。

（1）在蒙皮增強(qiáng)材料與泡沫組裝之前，在泡沫表面預(yù)先涂敷Cycom890樹脂，使樹脂預(yù)先填充泡沫單元。這種方法必須在組裝后盡快注膠成型，否則在長(zhǎng)時(shí)間放置過(guò)程或其他工藝實(shí)施過(guò)程（如預(yù)成型工藝）由于樹脂自身的粘度仍然很低會(huì)導(dǎo)致涂敷的樹脂被逐漸吸附到干的增強(qiáng)材料中，導(dǎo)致界面改善狀況不可控。同時(shí)，樹脂涂敷過(guò)程為手工作業(yè)，涂敷量和涂敷均勻性較差。例如，第一件上壁板工藝試驗(yàn)件即采用樹脂涂敷工藝，經(jīng)過(guò)預(yù)定型、縫合等諸多工序后，涂敷樹脂被干NCF織物吸附，導(dǎo)致制件的泡沫界面仍然較差。

（2）由于樹脂粘度低，容易產(chǎn)生第一種方法所述的問(wèn)題，因此采用具有高粘度特性的膠粘劑膠膜（如SY-14）替代低粘度的樹脂，將膠膜鋪貼在泡沫表面然后與NCF織物組裝，并預(yù)定型、注膠固化成型。

（3）針對(duì)NCF織物較為致密[5-7]，容易產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象，在泡沫與NCF織物之間鋪放一層機(jī)織物（如緞紋織物CF3031）。由于機(jī)織物為纖維上下交錯(cuò)織造而成，每根纖維間和織造交錯(cuò)點(diǎn)都會(huì)存在相對(duì)較大空間，不會(huì)在注射工藝過(guò)程中形成連續(xù)大范圍的毛細(xì)現(xiàn)象，從而能保證樹脂能順利泡沫單元。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 未處理界面性能

未經(jīng)任何處理泡沫與復(fù)合材料粘接界面的掃描結(jié)果如圖2所示。掃描結(jié)果基本為紅色，說(shuō)明碳纖維復(fù)合材料蒙皮與泡沫芯材之間粘接質(zhì)量很差。光學(xué)顯微照片也說(shuō)明了這一點(diǎn)，見圖3。樹脂基本沒(méi)有浸入泡沫表面的加工開孔泡沫單元，從而使夾層復(fù)合材料的界面很差。其主要原因在于，Cycom890樹脂在高溫下的粘度太低，而NCF織物比較致密，導(dǎo)致在工藝過(guò)程中由于毛細(xì)作用，樹脂很容易向NCF織物擴(kuò)散，而不會(huì)向尺寸的泡沫單元（直徑約300～500 μm）擴(kuò)散并停留在泡沫單元中。

2.2 界面粘接改善結(jié)果

同時(shí)采用以上三種界面粘接改善方法制備一塊泡沫夾層復(fù)合材料如圖4所示。圖5為經(jīng)界面蓋上處理后的反射法超聲掃描結(jié)果。對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，三種改進(jìn)方案均能改善夾層結(jié)構(gòu)的界面。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)效果表明，鋪放SY-14膠膜和CF3031試樣的改善效果好于涂敷Cycom890樹脂。

將上述試樣解剖，采用晶相顯微鏡觀察表明，三種試樣的泡沫表面開口單元基本全部被樹脂填充，說(shuō)明復(fù)合材料的泡沫界面確實(shí)得到改善，如圖6所示。

3 結(jié)語(yǔ)

采用三種不同方法對(duì)VARI成形泡沫夾層復(fù)合材料泡沫與復(fù)合材料粘接界面進(jìn)行了改善，并得到以下結(jié)論：

三種方法對(duì)泡沫與復(fù)合材料粘接界面都起到很好的改善

效果；

相比在泡沫與復(fù)合材料界面事先鋪覆一層膠膜對(duì)界面改善效果最為明顯，且基本不影響結(jié)構(gòu)性能；

在泡沫與復(fù)合材料之間加入一層空隙率更大的織物雖然對(duì)界面的改善效果好于在泡沫表面涂覆樹脂，但對(duì)性能有一定影響。

參考文獻(xiàn)

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